第2章-集成運放及其基本應用

第二章集成運放及其基本應用集成運放電路的組成兩個輸入端一個輸出端

若將集成運放看成為一個“黑盒子”，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。集成運放電路四個組成部分的作用輸入級：前置級，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。中間級：主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。輸出級：功率級，多采用準互補輸出級。要求Ro小，最大不失真輸出電壓盡可能大。偏置電路：為各級放大電路設置合適的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。幾代產品中輸入級的變化最大！集成運放的電壓傳輸特性

由于Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓(uP－uN)的數值僅為幾十～一百多微伏。在線性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是開環(huán)差模放大倍數。非線性區(qū)

(uP－uN)的數值大于一定值時，集成運放的輸出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)F007內部結構圖

輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制能力強、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。三、集成運放的主要性能指標

指標參數F007典型值理想值開環(huán)差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞輸入失調電壓UIO1mV

0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾μV/℃0輸入失調電流IIO(│IB1-IB2│)

20nA0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾nA/℃0最大共模輸入電壓UIcmax±13V最大差模輸入電壓UIdmax±30V-3dB帶寬fH10Hz∞轉換速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS

∞20lg│Aod│使uO為0在輸入端所加的補償電壓超過此值不能正常放大差模信號超過此值輸入級放大管擊穿集成電路運算放大器

集成運算放大器是一種高電壓增益，高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路。運算放大器方框圖

1.輸入級使用高性能的差分放大電路，它必須對共模信號有很強的抑制力，而且采用雙端輸入雙端輸出的形式。

4.偏置電路提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點。

3.輸出級由PNP和NPN兩種極性的三極管或復合管組成，以獲得正負兩個極性的輸出電壓或電流。具體電路參閱功率放大器。

2.電壓放大級要提供高的電壓增益，以保證運放的運算精度。中間級的電路形式多為差分電路和帶有源負載的高增益放大器。另舉例說明集成運放內部結構T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE集成運放內部結構（舉例）第1級：差動放大器第2級：差動放大器第3級：單管放大器第4級：互補對稱射極跟隨器極性判斷＋－u－u+uo－＋＋

反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo美國符號：國內符號：集成運算放大器符號同相輸入端:該端輸入信號變化的極性與輸出端相同反相輸入端:該端輸入信號變化的極性與輸出端相反運算放大器外形圖

1.差模電壓放大倍數Avd=

，實際上Avd≥80dB即可。

理想運算放大器的條件2.差模輸入電阻Rid=

，實際上Rid比輸入端外電路的電阻大2～3個量級即可。3.輸出電阻Ro=0，實際上Ro比輸入端外電路的電阻小1～2個量級即可。

4.帶寬足夠寬。5.共模抑制比足夠大。實際上在做一般原理性分析時，產品運算放大器都可以視為理想的。只要實際的運用條件不使運算放大器的某個技術指標明顯下降即可。

理想運算放大器具有“虛短”和“虛斷”的特性，這兩個特性對分析線性運用的運放電路十分有用。為了保證線性運用，運放必須在閉環(huán)(負反饋）下工作。

理想運算放大器的特性

(1)虛短由于運放的電壓放大倍數很大，一般都在80

dB以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在10

V～14

V。因此運放的差模輸入電壓不足1

mV，兩輸入端近似等電位，相當于“短路”。開環(huán)電壓放大倍數越大，兩輸入端的電位越接近相等。

“虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。

(2)虛斷

由于運放的差模輸入電阻很大，一般都在1

M

以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1

A，遠小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\放處于線性狀態(tài)時，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。1.Avd=

（實際上Avd≥80dB即可）一、三條件2.差模輸入電阻Rid=

3.輸出電阻Ro=0理想運算放大器條件：線性運用(負反饋）

二、兩特性

(1)虛短兩輸入端視為等電位（

）

(2)虛斷

兩輸入端視為等效開路（）下面舉兩個例子說明虛短和虛斷的運用。uiuo+UOM-UOM

Ao越大，運放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。uiuo_+

+Ao*

運放工作在線性區(qū)時的特點例：若UOM=12V，Ao=106，則|ui|<12

V時，運放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)信號的運算與處理電路由于運放的開環(huán)放大倍數很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱